加筋土挡墙结合三轴陀螺仪在城市沿河滑坡治理中的应用

摘    要：城市沿河滑坡一般为浅层滑坡，滑坡推力较小，但常常治理后再次成灾。这是由于滑坡主要受水因素影响较大，常规滑坡治理方法并不适用。另外，结合城市环境，还需要注重工程建设与自然景观的和谐统一，以提升城市现代化建设水平。本文主要对加筋土挡墙在城市沿河道路中的应用进行了简要介绍，以帮助相关工作人员充分认识到加筋土挡墙的性能优势。同时探讨了采用三轴陀螺仪对加筋土挡墙位移的观测方法。

关键词：加筋土挡墙;三轴陀螺仪;城市沿河滑坡;应用

1  引言

在城市化建设进程中，城市沿河道路工程建设需要从安全性、实用性和景观性等多角度来设计建设，以满足现代城市建设的需求。城市沿河道路常常有浅层滑坡需要治理，主要采用防洪堤与道路相结合的方式，这样，道路工程在满足交通功能的基础上，需要结合实际地势做好防洪工作，并提供一定的休闲娱乐场所。而加筋土挡墙以其自身独特的优势被越来越广泛地应用在城市沿河道路滑坡的治理中。

2  加筋土挡墙在城市沿河道路滑坡治理中的应用简介

城市沿河地带的地势相对较低，因此，城市沿河道路的路基主要采用全填方的施工方式，并设置必要的路基冲刷防护措施，如植被防护、砌石防护、土工织物、石笼防护、浸水挡墙、抛石防护和排桩防护等。其中，加筋土挡墙是一种能够显著增强道路路堑和路堤土体滑坡稳定性和牢固性的措施，并且对地基的承载力具有较低的要求，同时施工方法简单，施工成本相对较低。加筋土挡墙的基本原理就是在土中加入拉筋，这样加筋带与填料土之间就会产生一定程度的摩擦力，并提升土体自身的柔性，降低土体变形概率的同时使土体能够满足条件允许范围内的变形，提升土体自身的稳定性。通常情况下，加筋土挡墙根据不同的划分依据具有不同的类型，既包含条带式和席垫式，同时又可以划分成单面、双面、台阶、无面板等多种结构形式[1]。加筋土挡墙主要由三部分组成，面板、筋带和后方填土，这三部分主要是形成内部稳定结构，并与加筋土挡墙和重力式挡墙相互配合形成外部稳定结构，使得道路上的车辆载荷和土压力得到均衡支撑。

3  加筋土挡墙的设计要点

3.1  填料和拉筋材料的选择

对于填料的选择，可以根据当地的建筑材料情况而定。例如，砂性土在一定程度上有利于进行施工填筑和材料压实，可以作为主要的填筑材料，再加上砂性土与筋带之间的摩擦力也符合道路建设要求。对于填料的选择，重点考虑参数为土容量和内摩擦角，通过综合客观分析计算以确定符合工程要求的材料类型。拉筋材料的使用是为了增加筋带与填料土体之间的水平摩擦力和垂直摩擦力，以保证筋体的稳定性[2]。现阶段主要采用的拉筋材料以复合型拉筋带为主，其重点衡量参数为破裂拉力、破裂强度标准值、破裂伸长率等。

3.2  内部稳定计算

加筋挡墙内部稳定计算是工程设计中的关键点之一。主要是采用假设的方式：认为墙体破裂面为折线形，然后以该折线为分界线，折线内认为是自由活动区，而折线外则是锚固区。而破裂面上层为竖直面，下层为三角区。对于竖直区域的宽度一般取挡墙高度的三分之一左右，而三角区的折线角度则由两部分组成，一部分默认为是45°，另一部分则为内摩擦角的二分之一。通过竖直区域宽度和三角区折线角度就能够大致确定破裂角所对应的折线位置[3]。

对于加筋挡墙内部稳定计算的主要参数为筋带的抗拉强度和全墙抗拔稳定性验算。而这些参数的核算与筋带长度都存在直接或者间接关系。筋带长度为活动区和锚固区两部分的长度之和。例如，锚固区长度与筋带自身的摩擦力所能够承受的抗拔力有关，根据以下公式：

[I活=0.3H（0

[I活=（H-zi）tan（45?-Φ2）（H1

即可以计算出筋带活动区的长度，其相关参数主要有竖直区域长度、挡墙总高度、土层深度和内摩擦角等。同时，挡墙的墙体高度不同，其安全系数也存在差异，所以全墙抗拔稳定性的核算也有所不同。对于挡墙高度在12m以下的情况，需要确保拉筋自身的摩擦力和水平拉力之比在2以上，而对于挡墙高度在12m以上的情况，需要进一步保证筋带的有效拉力与破裂面上的水平滑动力的比值在1.25以上。

3.3   外部稳定计算

对于加筋土挡墙的外部稳定计算主要是通过计算抗滑动稳定计算系数来确定墙体自身的抗滑动稳定性。外部穩定计算主要是根据城市道路挡墙设计与施工的相关规范要求，并通过构建圆弧滑动面模型来估算出相应的抗滑动稳定计算系数，其具体计算公式为：K s =

[Ks=（C'iXi+Wicosαi·tanΦi）Wisinαi]

其中，第i条土的粘结力、重力、夹角、内摩擦角、圆弧弧长等都是重要的影响因素。而对于外部不稳定性，一般认为其稳定性系数达到1.25以上，则能够满足工程要求。同时，外部墙体稳定性的核算还与车辆载荷作用具有直接关系，一般将其采用相应厚度的土层进行等待核算。而汽车荷载附加压力值则根据墙体高度具体选择相应的参数[4]。因此，针对外部稳定和内部稳定核算，需要根据荷载情况进行以下几种工况下的核算，分别为无车辆载荷状态、有车辆载荷状态、地震无车辆载荷状态和地震有车辆载荷状态，以确定挡墙在最强载荷状态下的稳定性是否满足建设要求。

4  加筋土挡墙施工要点

通常情况下，加筋土挡墙的施工流程大概分为施工准备、场地平整、基础施工、组装面板、筋带铺设、填料填充、压实、检测验收等。

在测量放样之前需要对挡墙纵断面进行图纸绘制，并确定好放样位置。根据直线段和曲线段设置不同的桩距。同时在施工场地选取最为不易被扰动的位置进行水准点的布设，以便后续施工中及时准确的观察地基沉降[5]。此外，施工前还需要对场地进行平整，去除杂质、异物等，保障施工场地干净整洁。对于筋带的选择，主要从尺寸、强度、断裂伸长率、抗腐蚀、耐疲劳、防老化等性能方面全面考虑，以确定好筋带的材料类型。对于筋带与面板需要连接的部位，选用适宜的连接件，并对该位置做好防锈蚀处理。而对于平面曲线转角部位，则可以利用铺设同号的小片筋带来确保该位置筋带之间的连续性。如果筋带之间存在重叠现象，则需要将相应区域的粗砂层进行加厚，这样能够有效增加筋带与土体之间的摩擦力。

基坑开挖前，需要对开挖位置撒上石灰作为标记。开挖过程中一定不能超过设计的开挖深度，以免破坏基底原状土。因此，当开挖深度距离基底标高20cm左右时，最好采用人工开挖的方式，以控制好开挖深度。当基坑开挖到一定深度时，则需要对基底的承载力进行检测，一旦发现其不能满足设计要求，则需要采取换填的方式进行处理，以保证基底的牢固性和可靠性。

一般情况下，筋带的填料以砂性土为主，面板范围控制在1.5m左右。在填料摊铺过程中最好采用人工摊铺的方式，以便能够控制好压实力度，减少对筋带和面板的影响。同时，在施工过程中，需要通过设置透水层、反滤层、隔水层等做好工程排水措施，以免对加筋土防水墙造成不同程度的损害[6]。

5  采用三轴陀螺仪对加筋土挡墙变形监测的探讨

工程上对于加筋土挡墙深部土体位移的监测常采用测斜仪，分为滑动式测斜仪和固定式测斜仪两种，其中前者更为常用。滑动式测斜仪由测斜管和测斜探头两部分组成，监测时需要每隔固定的距离读取一次数据，然后再根据各测点斜率的变化，将测点位移值从孔底累加至滑动面、孔口，得到孔深位移曲线，判断滑面的位移及滑动方向。其中，斜率的计算公式为：

sin[Φ=DL]或D=L·sin[Φ]

式中：

D——对边长度;

L——斜边长度（固定值）。

虽然测斜仪在工程上已大范围使用，但是其测量精度低、测斜管易堵、监测成本高、监测时间不连续等缺点却限制了其在工程中的进一步应用。采用三轴陀螺仪技术可解决以上关键技术问题[7]。基于陀螺仪技术的测斜仪属于一种固定式测斜仪，不仅可解决以上的问题，还可以随着加筋土挡墙的填筑埋设于加筋土挡墙中，也解决了打设测斜管会破坏加筋土挡墙中土工合成材料的问题。根据陀螺仪的测量原理和算法设计，可以得到其测得的方位角计算公式为：

[Φ=arctanKwyMcosθ-KwxNsinγsinθ+KwxKwysinγΩUKwxcosγ（M-KwysinθΩU）]

6  结语

总而言之，在城市沿河道路滑坡治理工程中，加筋土挡墙施工需要重点把握好施工要点，根据内外部稳定性计算结果不断优化工程施工，以提升挡墙的工程性能，使加筋土挡墙的优势充分发挥出来。同时，应注重采用新型智能传感器技术加强对挡墙变形的监测。

参考文献：

[1] 闫俊.复合式加筋土挡墙在道路工程中的应用[J].江西建材，2020（7）：152+154.

[2] 曹冰.加筋土挡土墙在市政道路施工中的應用研究[J].智能城市，2020（9）：178～179.

[3] 吴春陆.浅谈加筋土挡土墙在道路工程中的应用[J].建材技术与应用，2017（4）：17～21.

[4] 罗铮.加筋土挡土墙在公路工程中的应用[J].西部探矿工程，2017（1）：185～187.

[5] 刘洪，阿里木江.加筋土挡土墙工艺原理与施工技术[J].四川水力发电，2015（5）：93～96+103.

[6] 胡朝伟.在道桥工程中加筋土挡土墙的运用[J].价值工程，2015（8）：136～137.

[7] 屈召贵，龚名茂，汪光宅.基于 MEMS 陀螺传感的测斜仪研制[J].煤田地质与勘探，2017（2）：143～146.

基金项目：

广西大学生创业训练三轴陀螺仪在滑坡预警中的推广应用项目成果（201810595133）。

作者简介：

高子锋（1998—）男，汉，山东广饶人，本科，研究方向：土木工程专业。